Управляемые устройства СВЧ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное 

образовательное учреждение высшего образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

А. Н. ЗИКИЙ

А. В. ПОМАЗАНОВ
А. В. АНДРИАНОВ

А. С. КОЧУБЕЙ

УПРАВЛЯЕМЫЕ 

УСТРОЙСТВА СВЧ 

Учебное пособие

Ростов-на-Дону – Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2023

УДК 621.396.62
ББК 32.842

З-601

Печатается по решению кафедры информационной безопасности

телекоммуникационных систем Института компьютерных технологий
и информационной безопасности Южного федерального университета

(протокол № 22 от 31 мая 2023 г.)

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Южного федерального университета 

К. Е. Румянцев

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, 

начальник лаборатории АО «ТНИИС» С. В. Крикотин

Зикий, А. Н.

З-601
Управляемые устройства СВЧ : учебное пособие / А. Н. Зикий, 

А. В. Помазанов, А. В. Андрианов, А. С. Кочубей ; Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2023. – 204 с.

ISBN 978-5-9275-4483-7
Изложены принципы построения и основы проектирования управляе
мых устройств СВЧ-радиосигналов, применяемых в телекоммуникационных 
системах. Рассматриваются вопросы схемотехники и конструкции управляемых устройств. Приводятся многочисленные результаты разработки и экспериментальных исследований управляемых устройств различных диапазонов 
длин волн. Учебное пособие написано на основе оригинальных работ авторов, 
опубликованных в научных журналах. 

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по спе
циальности 10.05.02 – Информационная безопасность телекоммуникационных систем и изучающих дисциплину «Устройства телекоммуникационных 
систем», может быть полезно при курсовом и дипломном проектировании.

УДК 621.396.62

ББК 32.842

ISBN 978-5-9275-4483-7

© Южный федеральный университет, 2023
© Зикий А. Н., Помазанов А. В., 

Андрианов А. В., Кочубей А. С., 2023

© Оформление. Макет. Издательство 

Южного федерального университета, 2023

Содержание

3

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………...
5

1. АТТЕНЮАТОРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА ………………………….
6

1.1. Экспериментальное исследование ступенчатого аттенюатора с механическим управлением ………………………………..
6

1.2. Ступенчатый аттенюатор ……………………………………...
13

1.3. Экспериментальное исследование ступенчатого аттенюатора на микросхеме ………………………………………………...
21

1.4. Аттенюатор с цифровым управлением на базе модуля М44752
25

1.5. Ступенчатый аттенюатор с электронным управлением 
(328 МГц) …………………………………………………………..
30

1.6. Фиксированный аттенюатор дециметровых волн …………...
38

1.7. Аттенюатор миллиметрового диапазона ……………………..
43

1.8. Широкополосный аттенюатор с электронным управлением
46

1.9. Моделирование и экспериментальное исследование аттенюатора сантиметрового диапазона ………………………………….
53

1.10. Управляемый аттенюатор дециметровых волн ……………..
61

1.11. Аттенюатор сантиметрового диапазона с электронным управлением ……………………………………………………………
67

2. ВЫКЛЮЧАТЕЛИ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ ………………………
72

2.1. Двухканальный переключатель ………………………………
72

2.2. Моделирование pin-диодного переключателя сантиметрового диапазона [57] …………………………………………………
77

2.3. Шестиканальный переключатель [70] ………………………..
79

2.4. Высокочастотный выключатель [62] …………………………
82

2.5. Моделирование и экспериментальное исследование pin-диодного выключателя [61] …………………………………………..
87

2.6. Экспериментальное исследование двухканального переключателя на микросхеме [67] …………………………………………
93

2.7. Волноводные выключатели фирмы «САЛЮТ» ……………...
97

2.8. Волноводный выключатель [71] ……………………………...
101

2.9. Трёхканальный переключатель ……………………………….
105

Содержание

4

2.10. Четырёхканальный переключатель на pin-диодах ………….
109

2.11. Пятиканальный переключатель ……………………………..
114

2.12. Шестиканальный переключатель на pin-диодах ……………
117

2.13. Выключатель дециметрового диапазона ……………………
122

3. ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ (ОГРАНИЧИТЕЛИ) ……..
128

3.1. Тенденции развития защитных устройств СВЧ по патентным источникам информации [86] ………………………………..
128

3.2. Полупроводниковое защитное устройство …………………..
131

3.3. Защитное устройство миллиметрового диапазона …………..
134

3.4. Экспериментальное исследование защитного устройства [77]
137

3.5. Ограничительные свойства серийных малошумящих усилителей [87] ……………………………………………………………
144

3.6. Моделирование ограничителя дециметрового диапазона …..
148

3.7. Диодный ограничитель ………………………………………..
154

4. ФАЗОВРАЩАТЕЛИ И ФАЗОВЫЕ МОДУЛЯТОРЫ ………….
162

4.1. Экспериментальное исследование сверхвысокочастотного 
фазового манипулятора [88] ……………………………………….
162

4.2. Разработка и экспериментальное исследование широкополосного фазового манипулятора [90] ……………………………...
171

4.3. Электронные коммутаторы для модуляторов ………………..
175

4.4. Экспериментальные исследования СВЧ-фазовращателя …...
178

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………
183

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………...
184

ПРИЛОЖЕНИЯ ………………………………………………………
192

Приложение А. Фотографии аттенюаторов ………………………
192

Приложение Б. Фотографии фиксированных аттенюаторов …….
195

Приложение В. Фотографии переключателей и выключателей …
197

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ………………………………………….
203

ВВЕДЕНИЕ

В настоящем учебном пособии изложены принципы построения и 

основы проектирования управляемых устройств СВЧ, применяемых в телекоммуникационных системах. Рассматриваются вопросы схемотехники 
и конструкции управляемых устройств. Приводятся многочисленные результаты разработки и экспериментальных исследований управляемых 
устройств для различных диапазонов длин волн.

Учебное пособие состоит из четырёх разделов и нескольких при
ложений. 

В первом разделе рассмотрены фиксированные и управляемые ат
тенюаторы, плавные и ступенчатые, с механическим и электронным 
управлением.

Во втором разделе исследованы выключатели и переключатели с 

электронным управлением. Для их построения широко используются 
микросхемы и pin-диоды.

В третьем разделе изучаются защитные устройства (ограничители) 

СВЧ на pin-диодах и диодах с барьером Шотки.

Четвёртый раздел содержит материал по фазовращателям и фазовым 

модуляторам. 

Хотя во всех разделах есть доля труда каждого из авторов, можно 

отметить разделы, к которым тот или иной автор приложил наибольшие 
усилия: А. В. Андрианов – раздел 3, А. С. Кочубей – раздел 1, А. Н. Зикий –
раздел 2, А. В. Помазанов – раздел 4.

Учебное пособие написано на основе оригинальных работ авторов, 

опубликованных в научных журналах. Приводится обширный список литературных источников.

Учебное пособие предназначено для студентов специалитета, обуча
ющихся по специальности 10.05.02 – Информационная безопасность телекоммуникационных систем и изучающих дисциплину «Устройства телекоммуникационных систем», может быть полезно при курсовом и дипломном проектировании.

1. Аттенюаторы СВЧ диапазона

6

1. АТТЕНЮАТОРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА

1.1. Экспериментальное исследование

ступенчатого аттенюатора

с механическим управлением

Для расширения динамического диапазона приемника и устранения 

его перегрузки мощными сигналами часто на входе приемника устанавливают аттенюатор. Аттенюаторы бывают с плавным и ступенчатым изменением затухания. Целью данного подраздела является экспериментальное 
исследование ступенчатого аттенюатора. К нему предъявляются следующие требования:

•
диапазон рабочих частот от 0 до 300 МГц;

•
диапазон изменения затухания от 0 до 40 дБ с шагом 5 или 10 дБ;

•
неравномерность АЧХ в диапазоне рабочих частот не должна 

превышать ± 1,5 дБ;

•
волновое сопротивление входа и выхода 50 Ом.

Указанные выше требования можно выполнить, комбинируя три 

П-образных звена затухания с номинальными значениями потерь 5 дБ; 
15 дБ; 20 дБ. Все 7 комбинаций приведены ниже в табл. 1.1. Схема одного 
П-образного звена затухания приведена на рис. 1.1.

Таблица 1.1

Варианты подключения звеньев затухания

Суммарное 
затухание, дБ

Звено
5 дБ

Звено
15 дБ

Звено
20 дБ

0
Отключено
Отключено
Отключено

5
Подключено
Отключено
Отключено

15
Отключено
Подключено
Отключено

20
Отключено
Отключено
Подключено

25
Подключено
Отключено
Подключено

35
Отключено
Подключено
Подключено

40
Подключено
Подключено
Подключено

Расчет сопротивлений можно провести по формулам из книги Э. Ре
да [1]. Результаты расчета приведены в табл. 1.2. Окончательный вариант 

1.1. Экспериментальное исследование ступенчатого аттенюатора…

7

схемы аттенюатора приведен на рис. 1.2 с резисторами типа С2–10–0,125 из 
0,5 % ряда [2]. Используемый переключатель имеет тип П2Г–3 7П4Н [3].

Рис. 1.1. Схема звена затухания

Таблица 1.2 

Расчетное значение сопротивления резисторов

в П-образных звеньях аттенюатора

Тип затухания

R1, Ом
R2, Ом

Расчет
Ряд 0,5 %
Расчет
Ряд 0,5 %

5 дБ
178,6
178
30,4
30,5

15 дБ
71,6
71,5
136,1
137

20 дБ
61
61,2
247,5
246

Все 9 резисторов смонтированы на галетном переключателе. Ат
тенюатор имеет 3 экранирующих перегородки круглой формы и 2 крайних диска Ø 34 мм, к которым прикреплена оплетка коаксиального кабеля РК 50–2–21.

Все 5 дисков замкнуты между собой проволочной шиной Ø 2 мм. 

Для включения в измерительный тракт аттенюатор имеет входной и выходной соединитель тип V по ГОСТ 20265–83. Длина аттенюатора без учета 
кабелей 98 мм. Галетный переключатель с напаянными резисторами закрывается цилиндрической экранирующей крышкой. Резисторы R2, R5, R8 
пропущены через отверстие в перегородках.

Эксперимент

Эксперимент проводился на установке, содержащей векторный ана
лизатор цепей типа «Обзор –103», ноутбук, набор кабелей и переходов. Измерение АЧХ аттенюатора проводилось при всех положениях переключателя. Результаты измерения АЧХ аттенюатора отражены на рис. 1.3–1.9. 
Они позволяют сформулировать количественные выводы.

1. Аттенюаторы СВЧ диапазона

8

Рис. 1.2. Схема коммутации звеньев затухания

1.1. Экспериментальное исследование ступенчатого аттенюатора…

9

Рис. 1.3. АЧХ аттенюатора при установленном нулевом затухании

Рис. 1.4. АЧХ аттенюатора при установленном затухании 5 дБ

1. Аттенюаторы СВЧ диапазона

10

Рис. 1.5. АЧХ аттенюатора при установленном затухании 15 дБ

Рис. 1.6. АЧХ аттенюатора при установленном затухании 20 дБ